(57)【要約】  【課題】  電界吸収型変調器と半導体レーザ素子を組み合わせた光伝送装置は温度制御しなければ安定した光出力を得るに難点があった。  【解決手段】  電界吸収型変調器集積化レーザの後方側に、当該電界吸収型変調器とほぼ同一の光吸収の温度特性をもつ光吸収体を集積した光吸収体集積フォトダイオードを配置し、そのフォトダイオードの出力電流に応じてレーザ駆動電流を制御する。【選択図】  図３
2005129824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子部と、
前記半導体レーザ素子部の光導波路に対向して配置された半導体電界吸収型変調器部と、
受光器部と、その受光器部の受光端に集積化して設けられた光吸収部材とを有する第１の光学部材と、を少なくとも有し、
前記半導体レーザ素子部の、前記半導体電界吸収型変調器部に対向する出力端とは反対側の出力端に、前記第１の光学部材がその光吸収部材側を対向して配置され、
前記光吸収部材の光吸収の温度特性が前記半導体電界吸収型変調器部の光吸収の温度特性に略等しく、
前記半導体レーザ素子部、および前記半導体電界吸収型変調器部、前記受光部を温度制御する機構を有せず、且つ
前記受光器部は、前記半導体レーザ素子部の前記光吸収部材側に出力する光出力を当該光吸収部材を介して受光し、当該受光器部は前記半導体レーザ素子部を駆動するに供する電気出力を出力することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子部と前記半導体電界吸収型変調器部とが、同一チップ上にモノリシックに集積化されて第２の光学部材を構成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子部と前記半導体電界吸収型変調器部及び前記第１の光学部材とが、同一チップ上にモノリシックに集積化されて構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子部と前記第１の光学部材とが、同一チップ上にモノリシックに集積化されて構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記半導体電界吸収型変調器からの出力光と前記受光器部に入力される入力光との比の、温度に対する変化率が１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
光伝送モジュールの容器に、請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、当該半導体レーザ装置が有する半導体電界吸収型変調器を駆動する変調器駆動部とが、少なくとも搭載されたことを特徴とする光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子と半導体電界吸収型光変調器とを組み合わせた半導体レーザ装置及びこれを用いた光伝送装置に関するものである。より具体的には、本発明は、半導体レーザ素子の出力の一部をモニタして、半導体レーザ素子の駆動電流を制御し、半導体レーザ素子の光出力を制御する半導体レーザ装置及びこれを用いた光伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信システムに使用されている、半導体レーザ素子と電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器と略称する）を組み合わせたレーザモジュールとしては、次のような構成が代表的である。即ち、その構成は、温度制御機構を用いて半導体レーザ素子及びＥＡ変調器の温度を一定とする。そして、半導体レーザ素子の後方光出力をモニタフォトダイオードで受け、前記モニタフォトダイオードの電気出力より制御回路を用いてＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路を制御することにより、レーザ出力を制御することが一般的である。ＡＰＣ回路とは、半導体レーザ素子の駆動電流を制御して光出力を安定化させる制御回路である。一般的なレーザモジュールに関する文献としては、伊藤良一・中村道治共編、「半導体レーザ」、１９８９年（倍風館）、ｐ．２２７がある（非特許文献１）。
【０００３】
又、一般的にＥＡ変調器について記載した文献としては、；M．Aoki, et.al.,”High-speed(10Gbit/s) and low-drive-voltage(1V peak to peak)  InGaAs/InGaAsP MQW electroabsorption modulator integrated DFB laser with semi-insulating buried heterostructure,” Electron. Lett., vol.28, pp.1157-1158, 1992がある（非特許文献２）。
【０００４】
【非特許文献１】「半導体レーザ」伊藤良一・中村道治共編、１９８９年（倍風館）、ｐ．２７７
【０００５】
【非特許文献２】Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．２８、ｐｐ．１１５７−１１５８、１９９２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の光通信システム用途のレーザモジュールは、高速且つ大容量化といった伝送特性の向上だけでなく小型化、省電力化、そして低コストが要求される。そのため、近年は、温度制御機構を必要としない光伝送装置が要求されている。従来、ＥＡ変調器を使用したレーザモジュールでは、光出力を安定に保つために、ＥＡ変調器及び半導体レーザ素子の温度を一定に保つ温度制御機構が必須であった。このことについて、以下、詳しく説明する。
【０００７】
ＥＡ変調器はその性質上、電圧を印加していない状態においても、半導体レーザ素子からの光出力を吸収する。従って、ＥＡ変調器前方からの光出力ｃは、半導体レーザ素子の前方から出力される出力光ａから、ＥＡ変調器部の光吸収が引かれたものが実際の光出力として取り出される。一方、半導体レーザ素子の後方からの光出力ｂは、半導体レーザ素子の後方側にＥＡ変調器がないため、半導体レーザ素子の光出力がそのまま取り出される。ＥＡ変調器を使用した光伝送装置をＡＰＣ制御で安定に動作させるためには、モニタしている半導体レーザ素子の後方光出力ｂとＥＡ変調器前方からの光出力ｃの比が、レーザの駆動電流範囲でほぼ一定の値に保たれなければならない。なぜなら、例えばある電流増加に対して、前記の後方光出力ｂが２倍になった場合、ＥＡ変調器前方からの光出力ｃが１．５倍にしかならない場合には、半導体レーザ素子の後方の光出力モニタによるＡＰＣ制御で、光出力ｃを安定に制御することが不可能になるからである。
【０００８】
従来のＥＡ変調器を使用したレーザモジュールでは、半導体レーザ素子及びＥＡ変調器はペルチエ素子により温度が一定に保たれた状態で駆動される。温度が一定に保たれた状態では、半導体レーザ素子の前方光出力ａと後方光出力ｂはほぼ一定である。従って、ＥＡ変調器における光吸収量も一定であるため、ＥＡ変調器前方からの光出力ｃと半導体レーザ素子の後方の光出力ｂとの比は一定となる。しかし、温度制御を行わない状態、例えば温度が上昇した場合は、半導体レーザ素子の前方光出力ａと後方光出力ｂは減少するが、その比は一定である。一方、ＥＡ変調器の活性層吸収端は温度上昇に伴い長波側にシフトするため、ＥＡ変調器での基礎吸収量は増加する。そのため、ＥＡ変調器前方からの光出力ｃの減少率は、半導体レーザ素子の後方光出力ｂの減少率より大きく、光出力ｃと光出力ｂの比は一定でなくなる。このように、こうした状態では、ＡＰＣ制御をする事が不可能となる。こうした状態での、温度に対する、前記半導体レーザ素子の後方からの光出力ｂ及びＥＡ変調器からの光出力ｃの変化を図１に、これら後方光出力ｂと光出力ｃの比を図２に示す。図において、横軸は温度、縦軸は各光強度である。このように温度が上昇した場合には、光出力ｂと光出力ｃの比は一定でなくなる。この為、ＥＡ変調器を使用した光伝送装置では後方光出力光を用いてＡＰＣ制御する場合は、半導体レーザ素子とＥＡ変調器の温度を一定に保つ温度制御機構が必須であった。
【０００９】
こうした状況を背景に、本発明の主な目的は、ＥＡ変調器を使用した半導体レーザ装置、或いは光伝送装置において、半導体レーザ素子とＥＡ変調器などの温度を一定に保つ温度制御が不要で、且つ安定した光出力となる半導体レーザ装置、或いは光伝送装置を実現する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の骨子は、半導体レーザ素子の後方に配置される受光器部、例えばフォトダイオードの前方に、ＥＡ変調器とほぼ同一の光吸収の温度変化特性を持つ光吸収体を集積させた光学部材（以下、光吸収体集積フォトダイオードとも略称する）を用いることにある。受光器部にＥＡ変調器と同様の光吸収の温度特性を持つ光吸収体を集積することによって、受光器部の出力電流を用いて前記半導体レーザ素子の駆動電流を制御し、安定した光出力を持つ光伝送装置を提供することが出来る。これは、半導体レーザ素子の後方出力光の光吸収体透過時前後の光出力比が、半導体レーザ素子の前方出力光のＥＡ変調器透過前後の光出力比と温度が変化した場合において、ほぼ同一である為である。このように、本発明によれば、半導体レーザ素子、及び電界吸収型変調器を温度制御することなく安定した前方光出力が得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、半導体レーザ素子とＥＡ変調器の温度を一定に保つ温度制御が不要で、広い温度範囲において安定した光出力が得られる半導体レーザ装置、或いは光送信モジュール等の光伝送装置を提供する。更に、これらの半導体レーザ装置、或いは光送信モジュールを用いることにより、経時変化、環境変化に関わらず光出力を一定に制御することが可能となる。従って、本発明によれば、信頼度が高く、小型で安価、加えて省電力な光伝送装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
具体的な実施の形態を例示するに先立って、発明の主な実施の形態を以下に列挙する。
【００１３】
第１の形態は、半導体電界吸収型変調器を介して半導体レーザ素子の前方光出力を光ファイバに光学的に結合させる光学手段と、前記半導体レーザ素子の後方出力を前記半導体電界吸収型変調器と略同一の光吸収の温度特性を持つ光吸収体が集積された第１の光学部材（以下、光吸収体集積フォトダイオードと略称する）によってモニタし、前記モニタフォトダイオードの電気出力によって、前記半導体レーザ素子の駆動電流を制御し、且つ温度制御する機構を有しないことを特徴とする半導体レーザ装置である。光吸収体集積フォトダイオードを用いることは、両光学部材の光軸を実装段階で合わせる必要をなくし、且つ温度特性も同じ環境となり実際的な観点で極めて有用である。
【００１４】
第２の形態は、第１の形態に示した電界吸収型光変調器と半導体レーザ素子とが、同一チップ上にモノリシック集積された第２の光学部材（以下、電界吸収型変調器集積レーザ素子と略称する）で構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１５】
第３の形態は、第１の形態に示した電界吸収型変調器と半導体レーザ素子、及び光吸収体集積フォトダイオードが同一チップ上にモノシリック集積されたことを特徴とする半導体レーザ装置である。  
第４の形態は、半導体レーザ素子と光吸収体集積フォトダイオードが同一チップ上に集積されたことを特徴とする半導体レーザ装置である。
【００１６】
第５の形態は、光モジュールのパッケージに、前記第１から第４のいずれかの半導体レーザ装置と半導体電界吸収型変調器を駆動する変調器駆動部とが、少なくとも搭載された光モジュールである。
【００１７】
尚、半導体レーザ素子、半導体電界吸収型変調器、受光器、及び光吸収体の、前述した種々の形態でのモノリシックな集積化は、各光学部材の光軸を実装段階で合わせる必要をなくし、且つ温度特性も同じ環境となり実際的な観点で極めて有用である。
【００１８】
又、第１の形態に示した電界吸収型変調器からの出力光とモニタフォトダイオードに入力される光出力の比の温度に対する変化率が１０％以内であることが、実際上、極めて好ましい。
【００１９】
＜実施例１＞
図３は、本発明によるレーザモジュールの一実施例を示す概略構成図である。レーザモジュール３０１のパッケージ内部では、第２の光学部材である、電界吸収型変調器集積レーザ素子（ＥＡ変調器集積レーザ素子）３０２と、第１の光学部材である、光吸収体が集積された光吸収体集積フォトダイオード３０５が、同一の窒化アルミニウム（ＡＩＮ）などで構成される基板１１６に搭載されている。基板１１６は一般にセラミック基板が用いられ、前述のＡｌＮのほかシリコン基板などもその例である。尚、パッケージング自体は図では様式的に示されているが、通例のもので十分である。
【００２０】
半導体レーザ部３０３は、例えば、一定電流により駆動させる分布帰還型レーザ素子（Distributed feedback laser、略称ＤＦＢ）などで構成されている。ＥＡ変調器３０４は、変調電圧を印加する事で生じる量子シュタルク効果を利用して、ＥＡ変調器活性層吸収端をシフトさせることにより、ＤＦＢレーザの光をオン・オフする光変調器である。半導体レーザ素子部３０３とＥＡ変調器部３０４は、電気的に遮断されるように表面電極を形成する。ＥＡ変調器の部分自体は、例えば、前述した文献（非特許文献２）にあるものを用いて十分である。
【００２１】
ＥＡ変調器３０４の前方は、ＥＡ変調器３０４から送出される変調信号光を、レンズ１１２、アイソレータ１１３及びレンズ１１５を介して光ファイバ１１４に結合する光学手段が設けられている。即ち、これらは、半導体電界吸収型変調器を介して半導体レーザ素子の前方光出力を光ファイバに光学的に結合させる一般的な光学手段である。
【００２２】
光吸収体集積フォトダイオード３０５は、フォトダイオード３０６と光吸収体３０７とがモノリシックに集積化して構成されている。そして、それら各々が、電気的に遮断されるように表面電極は形成する。光吸収体３０７をＥＡ変調器３０４とほぼ同一の光吸収の温度変化を持つ光吸収体とし、且つ光吸収体３０７の吸収端波長はＥＡ変調器３０４の吸収端波長と同一とする。このＥＡ変調器３０４とほぼ同一の光吸収の温度変化を持つ光吸収体の代表的な例は、例えば、前記ＥＡ変調器３０４と同一の半導体光導波路構造体である。例えば、それらをＩｎＧａＡｓＰ等の多元化合物半導体によって形成し、この素子を同一基板上に配置する。レーザ素子３０３の前方光出力光はＥＡ変調器３０４に入射され、変調信号をＥＡ変調器３０４に印加することで変調信号が得られる。
【００２３】
光吸収体集積化フォトダイオード３０５の一具体例の、光軸に平行方向の断面図を図４に示す。前述のフォトダイオード３０６は、温度変動による光電気の変換率の変動を極力小さくする必要がある。この為に、例えば、バルク状のＩｎＧａＡｓをＩｎＰ層などで挟み込んだ光導波路型フォトダイオードとする。フォトダイオードの構成元素をＩｎＰとし、導波路接合技術を用いることにより、フォトダイオードは、光吸収体３０７と同一のチップ上に容易に集積することが出来る。光吸収体３０７は、多重量子井戸構造とし、その吸収端波長は半導体レーザ素子の発振波長より短波長にする。光吸収体３０７とフォトダイオード３０６の接続部での光反射を抑制するために、各々の実効屈折率はほぼ同一とする。ここで、実効屈折率はほぼ同一とは、値の小数点下３桁まで同一が保たれれば実際上十分である。更に、実用的に各々の光導波路の高さもほぼ同一とするのが、光軸を合わせる意味から、当然好都合である。
【００２４】
図４に示す具体的構成例は次の通りである。ｎ−ＩｎＰ基板４０１に光吸収部材の領域と受光器部が集積化して形成される。光吸収部材の基本構成の例は次の通りである。ｎ−ＩｎＰ基板４０１の所定領域に、下側（基板側）光ガイド層４０４としてＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｓＰになる量子井戸層４０３、上部光ガイド層４０２としてＩｎＧａＡｓＰ層が積層される。一方、受光器部の基本構成の例は次の通りである。ｎ−ＩｎＰ基板４０１の所定領域に、下側（基板側）光クラッド層４１３、光吸収層４１２として、例えばＩｎＧａＡｓＰになるＭＱＷ層、上側クラッド層４１０としてＩｎＧａＡｓＰ層が積層される。そして、上部光ガイド層４０２と上側クラッド層４１０とを覆って上部コンタクト層としてＩｎＰ層４０７が形成される。ＩｎＰ層４０７上に光吸収部材側のｐ側電極４０５、受光器側のｐ側電極４１４が形成される。一方、ＩｎＰ基板４０１の裏面には、光吸収部材側のｎ側電極４０６、受光器側のｎ側電極４１５が形成される。尚、これら各部材の構成は、特性などの諸要請によって現実的な諸変形などが可能なことは、一般的な半導体光装置の例と同様である。尚、図における光ｂは半導体レーザ装置の後方光出力ｂ、光ｄは光吸収部材を透過し受光器部に入射する光である。
【００２５】
図５に、半導体レーザ部３０３と半導体電界吸収型変調器３０４の具体的構成例の断面図を示す。半導体レーザ素子部の基本構成の例は次の通りである。ｎ−ＩｎＰ基板５０１の所定領域に、下側（基板側）光ガイド層５０４としてＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｓＰになる量子井戸層５０３、上部光ガイド層５０２としてＩｎＧａＡｓＰ層が積層される。量子井戸層５０３は通例多重量子井戸層（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）である。そして、この量子井戸層５０３の界面領域、或いは量子井戸層５０３と上部光ガイド層５０２などに回折格子５１６が形成され、この例はＤＦＢ型の半導体レーザ素子となっている。この回折格子は、勿論基板側の領域など他の領域に設けることが可能なことは、ＤＦＢ型半導体レーザ素子の一般的な技術に従って十分である。上部光ガイド層５０２は通例ＳＣＨ層となす。
【００２６】
一方、電界吸収型変調器部の基本構成の例は次の通りである。ｎ−ＩｎＰ基板５０１の所定領域に、下側（基板側）光クラッド層５１３、光変調層５１２として、例えばＩｎＧａＡｓＰになるＭＱＷ層、上側クラッド層５１０としてＩｎＧａＡｓＰ層が積層される。そして、上部光ガイド層５０２と上側クラッド層５１０とを覆って上部コンタクト層としてＩｎＰ層５０７が形成される。ＩｎＰ層５０７上に電界吸収型変調器部側のｐ側電極５０５、半導体レーザ素子側のｐ側電極５１４が形成される。一方、ＩｎＰ基板の裏面には、電界吸収型変調器部側のｎ側電極５０６、半導体レーザ素子側のｎ側電極５１５が形成される。尚、これら各部材の構成は、特性などの諸要請によって現実的な諸変更などが可能なことは、一般的な半導体光装置の例と同様である。
【００２７】
次に本例の特性について説明する。図３に示した半導体レーザ素子３０３の後方の光出力光ｂは、光吸収体３０７を介しフォトダイオード３０６に入射される。この入射光ｄは、フォトダイオード３０６により光電気変換される。この時、発生するモニタ電流Ｉｍが一定となるようにレーザ駆動電流を変化させることで、変調信号光レベルを安定化させる。ＥＡ変調器集積レーザ３０２の前方の端面側はＡＲ（Anti-Reflection）コーティング膜を形成し、後方側は反射率９０％程度のＨＲ（High-Reflection）コーティング膜を形成することで、光ファイバ伝送に必要な前方光出力レベルを得ることができる。
【００２８】
半導体レーザ素子３０３の前方の光出光ａはＥＡ変調器３０４を透過の際に光吸収され、光出力ｃが出力される。同様に、半導体レーザ素子３０３の後方の光出力ｂは光吸収体３０７を透過の際に光吸収され、光出力ｄとしてフォトダイオード３０６に入射される。ＥＡ変調器３０４と光吸収体３０７の温度変化に対する光吸収率の変化をほぼ同一とすることで、ＥＡ変調器３０４と光吸収体３０７各々での光吸収率は温度変動によらずほぼ同一となる。
【００２９】
又、本例では、図３に示すように、ＥＡ変調器３０４と光吸収体３０７とが、同一基板上に配置されているため、温度変化も同一となる。従って、光吸収量の比は温度変化によらず一定とすることができる。つまり、半導体レーザ素子の前方の光出力ａとＥＡ変調器の光出力ｃの比が、半導体レーザ素子の後方の光出力ｂと光吸収体の光出力ｄとの比とほぼ同一となる。又、半導体レーザ素子の前方の光出力ａと半導体レーザ素子の後方の光出力ｂの比は、温度によらずほぼ一定であるため、光出力ｄをモニタすることで光出力ｃを制御することが可能となる。
【００３０】
温度に対する、ＥＡ変調器の光出力ｃ及び光吸収体の光出力ｄの変化を図６に、温度に対する、ＥＡ変調器の光出力ｃと光吸収体の光出力ｄの比を図７に示す。各図の横軸が温度、縦軸は光出力或いは光出力ｃと光吸収体の光出力ｄの比を示す。図７に明瞭し示されるように温度が上昇した場合においても、ＥＡ変調器の光出力ｃと光吸収体の光出力ｄの比は、ほぼ一定である。この比の温度に対する変化率が１０％以内とすることで、温度制御が不要で、低消費電力なレーザモジュールでも高信頼度が得られる。即ち、この条件によって、現在の駆動回路を用いて、実際的な動作が満足されるごとき光出力の差が０．５ｄＢｍを確保することが出来る。
【００３１】
又、本発明の素子を、ＩｎＧａＡｓＰ系だけでなく、例えばＩｎＧａＡｌＡｓ系からなる、他の化合物半導体材料になる活性層とした場合や、或いは光ガイドの構造として、ＲＷＧ（Ridge  Wave  Guide）構造、ＢＨ（Buried  Hetorostructure）構造のいずれで作製した場合においても、本発明は同様の効果が得られる。尚、本発明の半導体レーザ素子、光吸収体は、ＩｎＧａＡｓＰのほか、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＰ、窒素含有の化合物半導体などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、或いはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などを用いた場合でも適用出来ることは言うまでもない。
【００３２】
更に、実施例を説明する図３においては、非球面レンズ１１２、セルフォレックレンズ１１５、及びアイソレータ１１３が無いような、いわゆる簡易パッケージにおいても、本発明は同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００３３】
＜実施例２＞
本例は、半導体レーザ素子とＥＡ変調器とを別体で基板上に搭載する例である。図８は、レーザモジュールの本実施例の構成を示す。本実施例のレーザモジュール６０１の基本構成は、実施例１で説明した図３におけるレーザモジュール３０１とほぼ同様である。従って、図３の構成部分と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。図３のものとの構成上の違いは、図３におけるＥＡ変調器集積レーザ３０２が、図８においては、半導体レーザ素子１０３とＥＡ変調器１０４として、別体で基板１１６上に搭載している点である。ＥＡ変調器１０４と実施例１で説明するＥＡ型変調器３０４とを同一の構造及び組成とする。つまり、光吸収体３０７とＥＡ変調器１０４の構造及び組成とを同一とする。こうした構成によっても、実施例１で説明したものと同様の効果が得られる。
【００３４】
又、実施例を説明する図８においては、非球面レンズ１１２、セルフォレックレンズ１１５、及びアイソレータ１１３が無いような、いわゆる簡易パッケージにおいても、本発明は同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００３５】
＜実施例３＞
本例は、ＥＡ変調器集積レーザと、光吸収体が集積されたフォトダイオードとが同一のチップ上にモノリシックに集積され、基板上に搭載されている例である。図９は、レーザモジュールの本実施例の構成を示す。
【００３６】
本実施例のレーザモジュール７０１の基本構成は、実施例１で説明した図３におけるレーザモジュール３０１とほぼ同様で、図３の構成部分と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。図３のものとの構成上の違いは、図３におけるＥＡ変調器集積レーザ３０２と光吸収体が集積されたフォトダイオード３０５とが、図９における光学部材７０２として、同一のチップ上に集積され、基板１１６上に搭載されている点である。半導体レーザ素子７０３、ＥＡ変調器７０４、フォトダイオード７０６、そして光吸収体７０７は、各々が電気的に遮断するように表面電極を形成する。ＥＡ変調器７０４と光吸収体７０７の構造及び組成を同一とすることで、実施例１で説明したものと同様の効果が得られる。
【００３７】
又、本例は、図３で説明したレーザモジュール３０１より安価で小型化でき、且つ半導体レーザ素子７０３、ＥＡ変調器７０４、フォトダイオード７０６、そして光吸収体７０６が同一チップ上に集積化している。このため、本例での各々の部材の温度差は図３の構成より小さく、より安定した光出力を得ることが出来る。
【００３８】
又、実施例を説明する図９においては、非球面レンズ１１２、セルフォレックレンズ１１５、及びアイソレータ１１３が無いような、いわゆる簡易パッケージにおいても、本発明は同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００３９】
＜実施例４＞
本例は、半導体レーザ素子と光吸収体集積フォトダイオードが同一のチップ上に集積されてフォトダイオード集積半導体レーザを構成している例である。
【００４０】
図１０は、本例のレーザモジュールの構成を示す。本実施例のレーザモジュール８０１の基本構成は、実施例２で説明した図８におけるレーザモジュール６０１とほぼ同様で、図８の構成部分と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。図８のものとの構成上の違いは、図８における半導体レーザ素子１０３と光吸収体集積フォトダイオード３０５が、図１０では同一のチップ上に集積されて、フォトダイオード集積半導体レーザ８０２を構成している点である。フォトダイオード集積半導体レーザ８０２は半導体レーザ素子８０３、フォトダイオード８０６、そして光吸収体８０７で構成されており、各々が電気的に遮断するように表面電極を形成する。ＥＡ変調器１０４と光吸収体８０７の構造、組成を同一とし、同一の基板１１６上の搭載することで、実施例１で説明したものと同様の効果が得られる。
【００４１】
又、実施例を説明する図１０においては、非球面レンズ１１２、セルフォレックレンズ１１５、及びアイソレータ１１３が無いような、いわゆる簡易パッケージにおいても、本発明は同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【００４２】
＜実施例５＞
本例は、半導体変調器集積レーザと共に、半導体変調器集積レーザを駆動する回路装置部をも、一つのモジュール用パッケージ内に装着した例を示すものである。このような光モジュールを用いることで、その外部から変調信号を入力することで本装置を動作させることが出来る。
【００４３】
図１１は、本発明による光送信モジュールの実施例の構成を示す。本実施例の光送信モジュール９０１のパッケージ内部には、実施例１から実施例４で説明するレーザモジュール３０１からレーザモジュール８０１のいずれかを有し、又、レーザ駆動電流を制御する制御回路１２１、変調器駆動部１２２、バイアス振幅制御部１２３を有している。本発明のレーザモジュールを搭載することで、小型で低消費電力な光送信モジュールが得られる。
【００４４】
＜実施例６＞
本例は、半導体変調器集積レーザと共に、半導体変調器集積レーザを駆動する回路装置部をも、一つのモジュール用パッケージ内に装着し、且つ変調器駆動部の出力がＥＡ変調器と光吸収体との双方に同一に印加される構成になっている例である。
【００４５】
図１２は、光送信モジュールの本実施例の構成を示す。本実施例の光送信モジュール１００１の基本構成は、実施例５で説明した図１１における光送信モジュール９０１とほぼ同様で、図１１の構成部分と実質的に同じ部分には同じ番号、符号を付して詳細な説明は省く。図１１のものとの構成上の違いは、図１２においては、変調器駆動部１２２の出力がＥＡ変調器３０４と光吸収体３０７に同一に印加される構成になっている点である。ＥＡ変調器はその性質上、印加される変調信号に負のオフセット電圧ＶＯＨを加える事が多い。そのため半導体レーザ素子３０３前方からの出力光ａは、ＥＡ変調器３０４の基礎吸収と変調信号の電圧オフセットによる光吸収の二つの損失を受けて光出力ｃ２としてレンズ１１２に入射される。光送信モジュール９０１において、ＶＯＨの変動が無い場合は、ＥＡ変調器の光出力ｃ２と光吸収体の光出力ｄの比は一定であるため、フォトダイオード３０６からの出力Ｉｍにより前記の光出力ｃ２を安定化することができる。しかし、温度変動などによりＶＯＨが変動した場合、変調信号の電圧オフセットによる光吸収量は変動し、ＥＡ変調器の光出力ｃ２と光吸収体の光出力ｄの比が一定でなくなり、フォトダイオードからの出力Ｉｍにより光出力ｃ２の安定化に難点が生ずる可能性がある。
【００４６】
図１２で説明する光送信モジュール１００１では、ＥＡ変調器３０４と光吸収体３０７は同一のＶＯＨが印加される構成である。従って、ＶＯＨ変動に合わせて光吸収体３０４での電圧オフセットによる光吸収量も変動する。この変動率はＥＡ変調器３０４のそれと同一となるため、フォトダイオード３０６からの出力Ｉｍにより光出力ｃ２を安定化することが出来る。
【００４７】
又、実施例６を説明する図１２において、レーザモジュール自体は、前述の図３のレーザモジュール３０１だけでなく、図８のレーザモジュール６０１、図９のレーザモジュール７０１、或いは図１０のレーザモジュール８０１のいずれかを用いても同様の効果が得られる。
＜実施例７＞
本例は、光送信側の装置のみでなく、光受信側の装置も一つのパッケージに装着し、光送受信モジュールとした例である。こうした送受信合わせもった実施形態でより実用的な光モジュールを提供することが出来る。
【００４８】
図１３は本発明による光送受信モジュールの一実施例である。光送受信モジュール１１０１は、実施例１から実施例４で説明するレーザモジュールを３０１からレーザモジュール８０１のいずれかを用い、レーザ駆動電流を制御する制御回路１２１、変調器駆動部１２２、光受信モジュール１１２０、変調入力信号の電気波形を補正する波形補正回路１１２１、受信出力信号の電気波形を補正する波形補正回路１１２２で構成されている。光送受信に関わる諸部材、素子などを一つのパッケージに搭載することで、図１３で示す小型で、低消費電力な、より実用的な光送受信モジュール１１０１を得ることが出来る。
【００４９】
以上、本発明の諸実施例について説明したが、本発明の形態は上記実施例だけに限定されるものではない。例えば、全温度範囲で使用するのではなく、０〜４５℃までは温度制御なしで、４５℃以上はペルチエ素子を利用して温度制御を行うセミクールドレーザモジュールにおいても本発明の形態は適用できる。
【００５０】
本発明は、光吸収体が集積されたフォトダイオードを使用することにより、温度制御が不要で広い温度範囲において安定した光出力が得られる半導体レーザ装置、並びに半導体レーザモジュール、及び光送信モジュール等の光伝送装置が得られる。更に、これらの半導体レーザモジュール、光送信モジュールを用いることにより。経時変化、環境変化に関わらず光出力を一定に制御することが可能となり信頼度が高く、小型で安価、加えて省電力な光伝送装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、従来のＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を説明するため、半導体レーザ素子の後方光出力及びＥＡ変調器の前方出力と、温度の関係例を示す図である。
【図２】図２は、従来のＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を説明するため、半導体レーザ素子の後方光出力及びＥＡ変調器の前方出力との比と、温度の関係例を示す図である。
【図３】図３は本発明によるレーザモジュールの第１の実施例を示す構成図である。
【図４】図４は本発明による光吸収体集積フォトダイオードの例の断面図である。
【図５】図５は本発明によるＥＡ光変調器集積化半導体レーザの例の断面図である。
【図６】図６は、本発明の半導体レーザ素子の後方光出力及びＥＡ変調器の前方出力と、温度の関係例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の半導体レーザ素子の後方光出力及びＥＡ変調器の前方出力との比と、温度の関係例を示す図である。
【図８】図８は、第２実施例である、本発明による光送信モジュールの構成図である。
【図９】図９は、第３実施例である、本発明による光送信モジュールの構成図である。
【図１０】図１０は、第４実施例である、本発明による光送信モジュールの構成図である。
【図１１】図１１は、第５実施例である、本発明による光送信モジュールの構成図である。
【図１２】図１２は、第６実施例である、本発明による光送信モジュールの構成図である。
【図１３】図１３は、第７実施例である、本発明による光送受信モジュールの構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１２・・・非球面レンズ、１１３：アイソレータ、１１４：光ファイバ、１１５：セルフォレックレンズ、１１６・・・基板、１１７・・・サーミスタ、１２１・・・制御回路、１２２・・・変調器駆動部、３０１・・・レーザモジュール、３０２・・・ＥＡ変調器集積レーザ、３０３・・・半導体レーザ素子、３０４・・・ＥＡ変調器、３０５・・・光吸収体集積フォトダイオード、３０６・・・フォトダイオード、３０７・・・光吸収体、４０１・・・ｎ−Ｉｎｐ基板、４０２・・・ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層、４０３・・・ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層、４０４・・・ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、４０５・・・ｐ側電極、４０６・・・ｎ側電極、４１０・・・ＩｎＧａＡｓＰ上側クラッド層、４１２・・・ＩｎＧａＡｓバルク光吸収層、４１３・・・ＩｎＧａＡｓＰ下側クラッド層、４１４・・・ｐ側電極、４１５・・・ｎ側電極、６０１・・・レーザモジュール、７０１・・・レーザモジュール、７０２・・・フォトダイオード及びＥＡ変調器集積レーザ、７０３・・・半導体レーザ素子、７０４・・・電界吸収型変調器、７０６・・・フォトダイオード、７０７・・・光吸収体、８０１・・・レーザモジュール、８０２・・・光吸収体集積半導体レーザ、８０３・・・半導体レーザ素子、８０６・・・フォトダイオード、８０７・・・光吸収体、９０１・・・光送信モジュール、１００１・・・光送信モジュール、１１０１・・・光送受信モジュール、１１２０・・・光受信モジュール、１１２１・・・波形補正回路、１１２２・・・波形補正回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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